[TOC] ## 概述 在網絡上看到很多關于阻塞IO、非阻塞IO、同步IO、異步IO的例子，總覺得寫的過于復雜并且讓人難以理解。于是我把我自己把這幾個概念的理解寫下來以供參考。 ## POSIX POSIX(可移植操作系統接口)把同步IO操作定義為導致進程阻塞直到IO完成的操作，反之則是異步IO I/O 操作一般分為兩個部分： * 階段1：應用程序發起 I/O 操作請求，**等待數據**，或者將要操作的數據拷貝到系統內核中（比如 socket）。 * 階段2：系統內核進行 I/O 操作（一般是內核將數據拷貝到用戶進程中）。 ## 簡述阻塞、非阻塞、同步、異步 ### 阻塞和非阻塞 阻塞和非阻塞發生在請求處，也就是**階段1** ，關注的是程序在等待調用結果時的狀態。 * 阻塞是指**調用結果**返回之前，當前進程（線程）會被掛起，調用進程（線程）會阻塞在IO請求處，直到IO操作請求完成，數據到來，最重要的是用戶進程的函數在請求過程中不會返回。 *  * eg：recv()函數默認是阻塞的，什么是阻塞呢？就是當你調用recv()函數時，整個進程或者線程就等待在這里了，直到你recv的fd的所有信息都被send過來，這么做好處就是保證所有信息都能夠完整的讀取了，但劣勢也很明顯，就是在recv()的過程中你的進程或線程做不了其它事情，由此，引入了非阻塞IO。 * 非阻塞調用是指在不能立刻得到結果之前，該調用不會阻塞進程（線程），進程（線程）可以去干別的事情，一般使用輪詢的方法來查詢IO操作的數據是否準備好了。 *  * eg：以recv()函數為例，當你將其設置為非阻塞時，每次當你recv()時，就直接返回，不管信息有沒有完全send進來，好處很明顯，recv()了之后進程馬上能處理下一行代碼，壞處也很明顯，就是你不知道你的消息是否讀完了，這種問題就是TCP中大名鼎鼎的半包問題（解決辦法主要是通過一個buffer緩存所有讀進來的消息） * 當使用**I/O 多路復用**的時候，用戶的 I/O 操作會立即返回，但會利用 select 和 epoll 等方法對所監視的 I/O 操作描述符進行遍歷輪詢（此操作是為了檢查數據是否準備完畢，也就是 I/O 操作的**階段1**，同時此操作是阻塞，進程或者線程需要等待輪詢結果的返回），查看可用的句柄并返回。然后用戶進程再對其進行操作。 ### 同步/異步IO * 同步和異步關注的是消息通信機制，具體來說就是調用者是否等待調用結果的返回，對于 I/O 操作而言，就是應用程序是否等待 I/O 操作完成。 * eg: 以recv()函數為例， 不管 是否設置為阻塞還是非阻塞(階段1)，都有一個將內核數據拷貝到用戶進程的I/O操作(階段2)，如果用戶進程等待I/O操作返回，則為同步，反之則為異步。 ### 同異步io和阻塞非阻塞io的區別 結合前面的概念，可以看出，其實這兩者存在本質的區別，**它們的修飾對象是不同的**。 * 阻塞和非阻塞是指進程訪問的數據如果尚未就緒，進程是否需要等待，簡單說這相當于函數內部的實現區別，也就是未就緒時是直接返回還是等待就緒。 * 同步和異步是指訪問數據的機制，**同步一般指主動請求并等待 I/O 操作完畢的方式，當數據就緒后在讀寫的時候必須等待**，**異步則指主動請求數據后便可以繼續處理其它任務，隨后等待 I/O，操作完畢的通知，這可以使進程在數據讀寫時也不阻塞。** >**只有同步的時候，才會有是否阻塞之說**。 ## IO多路復用 這里在調用`recv`前先調用`select`或者`poll`，這兩個個系統調用都可以在內核準備好數據(網絡數據到達內核)時告知用戶進程，這個時候再調用`recv`一定是有數據的。因此這一過程中它是**阻塞于**`select`或`poll`，而沒有阻塞于`recv`，有人將非阻塞IO定義成在讀寫操作時沒有阻塞于系統調用的IO操作(不包括數據從內核復制到用戶空間時的阻塞，因為這相對于網絡IO來說確實很短暫)，如果按這樣理解，這種IO模型也能稱之為非阻塞IO模型，但是按POSIX來看，它也是同步IO，稱之為同步非阻塞IO。 這種IO模型比較特別，分個段。因為它能同時監聽多個文件描述符(fd)。當有文件描述符有就緒事件時，則返回就緒事件的文件描述符來進行讀寫。  ## 異步 調用`aio_read`，讓內核等數據準備好，并且復制到用戶進程空間后執行事先指定好的函數。整個過程沒有`recv`，這才是真正的異步IO。  ## 信號驅動 通過調用sigaction注冊信號函數，等內核數據準備好的時候系統中斷當前程序，執行信號函數(在這里面調用recv)。是不是很像異步IO？很遺憾，它還是同步IO(省不了數據從內核拷貝到用戶空間的操作)。  ## 總結比較下五種IO模型  ## 總結 IO分兩階段： ``` 1.數據準備階段 2.內核空間復制回用戶進程緩沖區階段 ``` 一般來講：阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO復用模型(select/poll/epoll)、信號驅動IO模型都屬于同步IO，因為階段2是阻塞的(盡管時間很短)。只有異步IO模型是符合POSIX異步IO操作含義的，不管在階段1還是階段2都可以干別的事。 >ps：以上圖片均截自UNIX網絡編程卷1。